69

Regulacje prawne dotyczące ochro-

ny cieplnej budynków mają już ponad
100-letnią historię. Pierwsze pojawiły
się w Niemczech na przełomie XIX
i XX w. Były to lokalne przepisy wyda-
wane w poszczególnych miastach,
ustalające minimalną grubość muru
ceglanego ścian zewnętrznych (naj-
częściej poczynając od 1

1

/

2

cegły na

najwyższej kondygnacji mieszkalnej).
Wymagania te płynęły tylko z do-
świadczenia; przy projektowaniu bu-
dynków i lokalnych urządzeń ogrzew-
czych nie wykonywano wtedy żadnych
obliczeń cieplnych.

W 1919 r. w Niemczech Hencky sfor-

mułował kryterium, wg którego na we-
wnętrznej powierzchni zewnętrznej prze-
grody pełnej nie powinna występować
kondensacja pary wodnej. Kryterium to
warunkowało maksymalną wartość
współczynnika przenikania ciepła U.

Po drugiej wojnie światowej rozpo-

wszechniło się stawianie wymagań
ochrony cieplnej budynków przez poda-
wanie maksymalnej wartości współ-
czynnika przenikania ciepła różnych
przegród zewnętrznych (ścian, dachów,
okien).

Polskie regulacje prawne
od 1968 r.

W Polsce wymagania ochrony ciepl-

nej budynków po raz pierwszy wprowa-
dzono w PN-64/B-03404 (z obowiązy-
waniem od 1968 r.). Wynikały one
z przesłanek technicznych i miały na
celu:

•

uniknięcie kondensacji pary wodnej

na wewnętrznych powierzchniach prze-
gród pełnych (kryterium Hencky’ego);

•

uniknięcie topnienia śniegu na gór-

nej powierzchni stropodachów (pod po-
krywą śnieżną) i przeciekania wody
przez pokrycie papowe.

Wymagania te postawiono w postaci

ograniczenia współczynnika przeni-
kania ciepła wyłącznie przegrodom peł-
nym: ścianom zewnętrznym i stropoda-
chom. Poziom wymagań przyjęto, wyko-
rzystując doświadczenia budownictwa
tradycyjnego i uznając za wzór izolacyj-
ności cieplnej na przeważającym obsza-
rze Polski ścianę o współczynniku prze-
nikania ciepła ok. 1,00 kcal/(m

2

•

h

•

0

C),

tj. 1,16 W/(m

2

•

K); w odniesieniu do

stropodachów maksymalny współ-
czynnik przenikania ciepła wynosił
0,75 kcal/(m

2

•

h

•

0

C), tj. 0,87 W/(m

2

•

K).

Wymagania te, z niewielkimi zmiana-

mi, przetrwały w PN do początku lat
osiemdziesiątych.

Na świecie zmiany w sposobie podej-

ścia do ochrony cieplnej budynków na-
stąpiły po 1973 r., gdy kraje arabskie
zrzeszone w OPEC (Organization of Pe-
trol Exporting Countries) obniżyły kwoty
wydobycia i podniosły ceny ropy nafto-
wej. W połowie lat siedemdziesiątych
XX w. w wielu krajach, oprócz poszuki-
wań nowych złóż ropy naftowej i nowych
źródeł energii, podjęto prace i urucho-
miono programy gospodarcze zmierza-
jące do projektowania nowych budyn-
ków o niskim zużyciu energii oraz mo-
dernizacji istniejących zasobów budow-
lanych. Początkowo, dla celów porów-
nawczych, zaczęto podawać zużycie
energii końcowej (ciepła) w sezonie
ogrzewczym, odniesione do powierzch-
ni użytkowej budynku. Jako cel w Euro-
pie Zachodniej już w latach siedemdzie-
siątych XX w. zaczęto stawiać wartość
docelową 120 kWh/(m

2

•

a) i budować

osiedla budynków niskoenergetycznych.
Obecnie w niektórych wymaganiach war-
tość ta wynosi 40 lub 60 kWh/(m

2

•

a).

W załączniku do dyrektywy Rady

Wspólnot Europejskich 89/106/EEC
z 21 grudnia 1988 r. w sprawie wyrobów
budowlanych sformułowano sześć wyma-
gań podstawowych stawianych budyn-
kom. Jednym z nich jest oszczędność
energii i ochrona cieplna:

„Budynek i jego instalacje grzewcze,

chłodzące i wentylacyjne należy projekto-
wać i wykonywać w taki sposób, aby
utrzymać na niskim poziomie ilość

PODRĘCZNIK FIZYKI BUDOWLI

10 ’2005 (nr 398)

* Instytut Techniki Budowlanej

Fizyka budowli – część XVI

Propozycja zmian wymagań ochrony cieplnej budynków

prof. dr hab. inż. Jerzy A. Pogorzelski*

Z inicjatywy prof. dr. hab. inż. Jerzego A. Pogorzelskiego, od czerwca 2004 r. na

łamach miesięcznika „Materiały Budowlane” publikujemy podręcznik fizyki budowli,
który cieszy się ogromnym powodzeniem. Pierwszy, wprowadzający artykuł tego cy-
klu zamieściliśmy w „Materiałach Budowlanych” nr 6/2004. W kolejnych wydaniach
zaprezentowaliśmy:
• podstawy przenoszenia ciepła (nr 7, 8 i 9/2004);
• przenikanie ciepła w stanie ustalonym przez przegrody budowlane (nr 10 i 11/2004);
• uwzględnianie liniowych mostków cieplnych (nr 12/2004);
• straty ciepła do gruntu wg PN-EN ISO 13370:2001 (nr 1/2005);
• współczynnik strat ciepła przez przenikanie wg PN-EN ISO 13789 (nr 2/2005);
• wartości obliczeniowe wielkości fizycznych (nr 3/2005);
• przenoszenie ciepła przez przegrody przezroczyste (nr 4 i 5/2005);
• stan wilgotnościowy przegród budowlanych (nr 6, 7, 8 i 9/2005).

W tym wydaniu artykułem pt. „Propozycje zmian wymagań ochrony cieplnej bu-

dynków” kończymy cykl publikacji stanowiących część podręcznika fizyki budowli,
dotyczących zagadnień ochrony cieplnej budynków. Jednocześnie rozpoczynamy
cykl artykułów poświęconych bezpieczeństwu pożarowemu. W tym wydaniu zamie-
szczamy artykuł dr. hab. inż. Mirosława Kosiorka, prof. PW pt. ,,Oddziaływania po-
żaru”. W kolejnych publikacjach omówione zostaną m.in. funkcje elementów budyn-
ku w warunkach pożaru, efekty oddziaływań pożaru na materiały konstrukcyjne, od-
działywanie mechaniczne w warunkach pożaru, klasyfikacje z uwagi na odporność
ogniową, reakcja na ogień, systemy wentylacji pożarowej, zabezpieczenia ognio-
chronne konstrukcji stalowych, odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych, drew-
nianych, murów, rozwiązania przeszkleń. Po części podręcznika fizyki budowli po-
święconej bezpieczeństwu pożarowemu zamieścimy cykl artykułów dotyczących
izolacyjności akustycznej w budownictwie, a w dalszej kolejności klimatu miasta
i oświetlenia.

energii wymaganą do użytkowania,
z uwzględnieniem warunków klimatycz-
nych, lokalizacji i potrzeb użytkowników.”

W komentarzu do tego wymagania

podstawowego (nr 6) przedstawiono
różne sposoby wyrażania wymagań
ochrony cieplnej budynków lub ich
kombinacje, stosowane w państwach
członkowskich UE.

Najbardziej popularne nie tylko w kra-

jach Unii Europejskiej, ale w skali świa-
towej, są postanowienia dotyczące
spodziewanego wydatku energii wyma-
ganego od systemu wyposażenia tech-
nicznego, oparte na umownych danych
reprezentatywnych dla spodziewanego
użytkowania i warunków klimatycznych
otoczenia budowli (na przykład roczne
zużycie energii w lokalu na ogrzewanie
i/lub chłodzenie budynku do wymaganej
temperatury wewnętrznej, z uwzględnie-
niem zysków ciepła wewnętrznych i od
słońca, w przeliczeniu na 1 m

2

po-

wierzchni użytkowej); w niektórych kra-
jach uwzględnia się również ciepło na
ogrzanie wody użytkowej i zyski energii
ze źródeł odnawialnych. Odpowiednio
wymagania wyraża się przez zużycie
energii pierwotnej.

Od kilkunastu lat w skali światowej

dostrzega się też zagrożenie środowi-
ska naturalnego, głównie w wyniku spa-
lania węgla i emisji do atmosfery dwu-
tlenku węgla oraz niektórych innych ga-
zów (tlenki azotu, freony, halony). Przy
stawianiu wymagań budynkom uwzględ-
nia się ograniczenie emisji gazów cie-
plarnianych.

Już pod koniec lat osiemdziesiątych

XX w. w Instytucie Techniki Budowla-
nej została opracowana koncepcja
wymagań ochrony cieplnej budynków,
wyrażonych przez ograniczenie ilości
ciepła zużywanego w roku porów-
nawczym na ogrzewanie i/lub chło-
dzenie. W warunkach Polski (prak-
tycznie brak klimatyzacji) dotyczyło to
głównie ograniczenia zapotrzebowa-
nia na ciepło na ogrzewanie i wentyla-
cję budynków.

W celu określenia wymagań ochrony

cieplnej budynków przez sezonowe za-
potrzebowanie na ciepło do ogrzewania
budynków przeprowadzono wiele prac
badawczych, prowadzących do stwo-
rzenia odpowiednich narzędzi kompute-
rowych i baz danych, w tym danych kli-
matycznych. Komputerowe obliczenia
sezonowego zapotrzebowania na cie-
pło do ogrzewania weryfikowano już od

1990 r. badaniami i przez porównanie
z kilkoma programami zachodnioeuro-
pejskimi. Na początku lat dziewięćdzie-
siątych zaczęto też formułować pierw-
sze propozycje wymagań ochrony ciep-
lnej budynków mieszkalnych z użyciem
wskaźnika sezonowego zapotrzebowa-
nia na ciepło E, popularyzując stopnio-
wo to pojęcie.

Założono że wymagania ochrony ciepl-

nej budynków będą zawarte w przepi-
sach państwowych (w rozporządze-
niach w sprawie warunków technicz-
nych), a nie w Polskich Normach. Takie
rozwiązanie jest powszechne w skali
światowej, w tym w krajach UE.

W okresie wprowadzania wymagań

ochrony cieplnej budynków za pomocą
wskaźnika sezonowego zapotrzebowa-
nia na ciepło, jeszcze w pełni nie funk-
cjonowały mechanizmy rynkowe.
W związku z tym postanowiono nie
wprowadzać zasadniczych zmian w po-
ziomie wymagań i ustalić je na podsta-
wie obliczeń wskaźnika sezonowego
zapotrzebowania na ciepło budynków
spełniających postanowienia wcześ-
niejszych norm.

W celu przygotowania wymagań do

rozporządzenia z września 1997 r.
w sprawie warunków technicznych,
jakim powinny odpowiadać budynki,
w 1995 r. wykonano obliczenia sezono-
wego zapotrzebowania na ciepło dla 10
budynków modelowych.

Na podstawie obliczeń i analogicznie

do wdrażanych w tym czasie nowych
przepisów niemieckich (tzw. Dritte
Wärmeschutzverordnung, obowiązują-
cej od 1 stycznia 1995 r.) wprowadzo-
no zależność granicznej wartości
wskaźnika sezonowego zapotrzebo-
wania na ciepło E

0

od geometrii budyn-

ku, wyrażonej współczynnikiem kształ-
tu (stosunkiem pola powierzchni
A przegród chłodzących do kubatury
ogrzewanej V).

Początkowo sezonowe zapotrzebo-

wanie na ciepło do ogrzewania zamie-
rzano odnosić do powierzchni użytko-
wej budynków, jednak ostatecznie ze
względu na różnice w wysokości kondy-

gnacji postanowiono przyjąć bardziej
uniwersalne sformułowanie odniesione
do kubatury i – przyjmując średnią wy-
sokość kondygnacji budynków mie-
szkalnych 3,1 m – ustalono wartości
graniczne E

0

, kWh/(m

3

•

a) w zależności

od współczynnika kształtu budynku
A/V (tabela 1).

Wartości graniczne E

0

z tabeli przyję-

to w odniesieniu do budynków mie-
szkalnych i zamieszkania zbiorowego.
Dopuszczono przy tym, w przypadku bu-
dynków mieszkalnych w zabudowie jed-
norodzinnej, alternatywne sprawdzanie
spełniania wymagań z użyciem maksy-
malnych wartości współczynnika przeni-
kania ciepła przegród zewnętrznych, ze
zróżnicowaną wartością U

max

, w zależno-

ści od rodzaju użytych materiałów.

Dla innych rodzajów budynków pozo-

stawiono wymagania wyrażone z uży-
ciem maksymalnych wartości współ-
czynnika przenikania ciepła przegród
zewnętrznych.

Założenia do nowelizacji
wymagań

Doświadczenia z kilkuletniego obo-

wiązywania nowych wymagań ochrony
cieplnej budynków nie są optymistycz-
ne. Metody sprawdzania wymagań
opartych na wskaźniku E za pomocą
programów komputerowych opracowa-
nych z wykorzystaniem PN-B-02025 nie
przyjęły się powszechnie. Należy do-
dać, że metody obliczania zapotrzebo-
wania na energię wg aktualnych i przy-
gotowywanych norm europejskich są je-
szcze bardziej skomplikowane.

Uproszczone wymagania w odnie-

sieniu do budynków jednorodzinnych,
ze zróżnicowaniem wartości U

max

, bu-

dzą emocje jednego z krajowych
stowarzyszeń producentów wyrobów
budowlanych, które domaga się zrów-
nania maksymalnej wartości współ-
czynnika przenikania ciepła ścian
zewnętrznych jednomateriałowych
i warstwowych.

Z tego względu przy przygotowywa-

nej obecnie we współpracy Minister-
stwa Infrastruktury i ITB nowelizacji wy-
magań proponuję:

•

wprowadzić jednolite wymagania

dla wszystkich budynków mieszkalnych
i zamieszkania zbiorowego, wyrażone
przez wskaźnik rocznego zapotrzebo-
wania na energię końcową (ciepło)
[kWh/(a

•

m

2

)];

70

PODRĘCZNIK FIZYKI BUDOWLI

10 ’2005 (nr 398)

Tabela 1. Wartości graniczne wskaźni-
ka sezonowego zapotrzebowania na
ciepło do ogrzewania E

0

A/V

E

0

[kWh/(m

3

•

a)]

≤ 0,20

29,0

> 0,20, < 0,90

26,6 + 12 A/V

≥ 0,90

37,4

71

•

określić wymagania dla wszystkich

innych budynków (użyteczności pu-
blicznej i przemysłowych) za pomocą
współczynnika strat ciepła przez przeni-
kanie.

Zapewni to stosowanie do oceny bu-

dynków bardziej zagregowanych cha-
rakterystyk cieplnych, niż współczynnik
przenikania ciepła pojedynczych prze-
gród.

Zróżnicowanie sposobu stawiania

wymagań budynkom mieszkalnym
i zamieszkania zbiorowego oraz
wszystkim innym wynika z faktu, że
w przypadku budynków mieszkalnych
i zamieszkania zbiorowego dyspo-
nujemy znajomością wewnętrznych
zysków ciepła, które są istotne w bi-
lansie cieplnym.

Niezależnie od odwołań w przepi-

sach do norm europejskich, wzorem
naszych niemieckich sąsiadów, suge-
ruję wprowadzenie bezpośrednio
w rozporządzeniu uproszczonej meto-
dy obliczania wskaźnika rocznego za-
potrzebowania na energię końcową
(ciepło) i współczynnika strat ciepła
przez przenikanie.

Wymagania proponuję opracować na

podstawie obliczeń rocznego zapotrze-
bowania na ciepło dla 10 budynków
modelowych, zbliżonych do rozpatry-
wanych w 1995 r. i spełniających wyma-
gania w zakresie współczynnika przeni-
kania ciepła przegród, pola powierzchni
okien i strumienia powietrza wentylacyj-
nego.

Sposób obliczania rocznego zapo-

trzebowania na ciepło został zaadapto-
wany z doświadczeń niemieckich, z po-
minięciem obliczeń sprawności energe-
tycznej i zapotrzebowania na energię
pierwotną.

Obliczanie zapotrzebowania na ener-

gię pierwotną proponuję wykonywać
poza projektem, przy obliczaniu charak-
terystyki energetycznej przez eksper-
tów energetycznych.

Propozycja nowych wymagań. Na

podstawie obliczeń rocznego zapo-
trzebowania na ciepło dla 10 budyn-
ków modelowych proponuję przyjąć
wymagany wskaźnik rocznego zapo-
trzebowania na ciepło w funkcji sto-
sunku A/V.

Sprawdzanie, czy wymagania zostały

spełnione, proponuję wykonać metodą
uproszczoną, tabelarycznie (tabela 2)
lub prostym programem EXCEL, do-
stępnym w instrukcji ITB.

PODRĘCZNIK FIZYKI BUDOWLI

10 ’2005 (nr 398)

Tabela 2. Metoda uproszczona, umożliwiająca sprawdzanie spełniania wyma-
gań dotyczących ochrony cieplnej w przypadku budynków mieszkalnych